lehmann - BTS Biogas

Bioaccelerator: Abbassamento dei costi di alimentazione
importanza della lisi cellulare
5. Info Biogas
Montichiari
23.01.2009
LEHMANN
Tel.: (+49) 037439 / 744- 0
Fax: (+49) 037439 / 744-25
Maschinenbau GmbH
Jocketa-Bahnhofstraße 34
[email protected]
www.lehmann-maschinenbau.de
D- 08543 Pöhl
23.01.2009
Pr 45-8 Bioaccelerator: Abbassamento dei costi di
alimentazione- l importanza della lisi cellulare.ppt
1
- in Tradition sächsischer Ingenieur-Technik Sonderanlagenbau und Zulieferung
LEHMANN Maschinenbau GmbH
Tecnica sollevamento
Schwerlasthubtechnik
carichi pesanti
Hydraulik
Idraulica
Sondermaschinenbau
Costruz. macchine speciali
Ingegneristica
ambientale
Umwelttechnischer
costruzione
impianti
Anlagenbau
Zulieferung
Fornitura
Engineering
LE
H MA N N M
a s c
h in e
nb
a u G mb
H
23.01.2009
Pr 45-8 Bioaccelerator: Abbassamento dei costi di
alimentazione- l importanza della lisi cellulare.ppt
2
MSZK sistemi per lo sfibramento
e la compattazione
MSZK 65-90
MSZK 15
Sfibramento
Compattazione
MSZK 180-250
LEHMANN
Maschinenbau GmbH
23.01.2009
Pr 45-8 Bioaccelerator: Abbassamento dei costi di
alimentazione- l importanza della lisi cellulare.ppt
3
Fibra legnosa (microscopio elettronico analitico)
Lisi termomeccanica tramite estrusore a coclea doppia
LEHMANN
Maschinenbau GmbH
23.01.2009
Pr 45-8 Bioaccelerator: Abbassamento dei costi di
alimentazione- l importanza della lisi cellulare.ppt
4
Bioestrusione (princìpi)
Coclee ingrananti, controrotanti provocano
Energia meccanica
Sminuzzamento
Schiacciamento
Frantumazione
Lisi idrotermica
alta pressione
alta temperatura (legata alla pressione)
La distensione improvvisa provoca
Frantumazione della struttura cellulare
Pressione / calore
Fase lignina
Carico alternato (cavità) tramite ripetizioni continue
> Lisi / sfibramento / plastificazione <
LEHMANN
Maschinenbau GmbH
23.01.2009
Pr 45-8 Bioaccelerator: Abbassamento dei costi di
alimentazione- l importanza della lisi cellulare.ppt
5
Bioestrusione (Vantaggi)
Miglioramento delle caratteristiche meccaniche
1.
Adatta negli impianti di biogas per substrati di difficile gestione come letame, sfalci
erba, stocchi di mais, paglia, erba, insilati, piante intere, rifiuti biologici
2.
Nessuno strato galleggiante
3.
Buona trasportabilità, facilità di flusso in tubi e valvole
4.
Bassa energia di miscelazione, dato che il substrato estruso scende ad altezza
media e si distribuisce bene
5.
Alta omogeneità del substrato (l estrusore è un miscelatore ad alta intensità)
6.
Alto contenuto di ss inseribile attraverso la via delle sostanze solide
LEHMANN
Maschinenbau GmbH
23.01.2009
Pr 45-8 Bioaccelerator: Abbassamento dei costi di
alimentazione- l importanza della lisi cellulare.ppt
6
Bioestrusione (Vantaggi)
Miglioramento della decomposizione biochimica
1.
Formazione di nuovi ceppi batterici in base all offerta di cibo tramite la meccanica
delle superfici di contatto
2.
Incremento della velocità di reazione nella decomposizione della biomassa a
causa delle superfici più grandi e delle condizioni ottimali di reazione e ambiente
3.
Abbassamento del tempo di ritenzione con un migliore grado di decomposizione
risparmio per il volume di fermentazione
4.
Incremento della produzione di gas del contenuto di sostanza secca organica
5.
Aumento del carico con un migliore rapporto C/N
6.
Bassa differenza di temperatura tra il substrato estruso e il fermentatore
7.
Le pressioni alte all interno dell estrusore provocano l eliminazione di germi, spore
fungine e semi di malerbe riduzione dell azione dei germi
cibo ideale per i batteri
LEHMANN
Maschinenbau GmbH
23.01.2009
Pr 45-8 Bioaccelerator: Abbassamento dei costi di
alimentazione- l importanza della lisi cellulare.ppt
7
Bioestrusione (Vantaggi)
Vantaggi per l agricoltura
> Il fattore importante è la sostanza secca organica disponibile <
1.
Aumento della resa tramite l utilizzo di piante con alto contenuto di ss
Substrato
Segale ibrida*
Mais
Differenza
Condizione Raccolto SS
del
substrato
GPS
Insilato
Raccolto
SSo
Raccolto
Produzione
di corrente
20 t/ha 80% 16 t/ha SS 92,8% 14,8 t/ha SSo 19.166 kWh = 3.833,20 /ha
40 t/ha 30% 12 t/ha SS 90,0% 10,8 t/ha SSo 13.986 kWh = 2.797,20 /ha
4,0 t/ha SSo 5.180 kWh = 1.036,00 /ha
2.
La monocoltura del mais come pianta energetica non è più l unica opzione (v. s.
esempio)
3.
Risparmio nel dispendio logistico (l umidità rimane sul campo, meno volume da
trasportare, meno umidità nell impianto) e nel volume del silo
4.
I campi sono disponibili più velocemente
5.
Miglioramento del valore del suolo tramite rotazione libera delle colture
1 kg SSo = 1 m³ Biogas x 0.7 (tasso di decomposizione), 4 t / ha x 0.7 = 2.8 t / ha = 2.800 m³ Biogas / ha resa aggiuntiva
2.800 m³ Biogas x 1.85 = 5.180 kWh x 0.20 / kWh (EEG 2009) = 1.036.- / ha resa aggiuntiva
* La segale ibrida viene raccolta come insilato della pianta intera 14 giorni prima del raccolto normale.
LEHMANN
Maschinenbau GmbH
23.01.2009
Pr 45-8 Bioaccelerator: Abbassamento dei costi di
alimentazione- l importanza della lisi cellulare.ppt
8
Bioestrusione (Calcolo dei benifici)
Kosten / Nutzen der Bioextrusion im Vergleich
(Der Nachweis bedarf immer der Einzelfallbetrachtung)
( Quelle: Sächsische Landesanstalt, Schriftenreihe, Heft 19/2008, S.91-93 - Auszug ) von Dr.Cl.Brückner
Leistungen ges. ( )
ohne Bioextrusion
bezogen auf 8.286 t FM (207 ha)
Maissilage original
mit Bioextrusion
bezogen auf 7.264 t FM (182 ha)
Maissilage fein (extrudiert)
pro tFM
Abschreibungen
pro tFM
Differenz
anrechenbare
Mehraufwendungen
/tFM
100.000
12,07
106.250
14,63
6250
0,86
39.000
4,71
42.000
5,78
3000
0,41
6.400
0,77
6.800
0,94
400
0,06
Wartung, Instandhaltung
Betriebsmittel
80.000
9,65
85.000
11,70
5000
0,69
Strom für Aufbereitungsanlage
7.366
0,89
22.320
3,07
14954
2,06
Arbeitskosten
13.156
1,59
12.782
1,76
-374
-0,05
Sonstige Kosten
16.640
2,01
17.680
2,43
1040
0,14
262.562
31,69
292.832
40,31
30270
4,17
Zinsen
Versicherung
Summe Mehrkosten
Nutzen ges. ( )
Mehrerlös x 0,20
bezogen auf 440 kWhel / t FM
bezogen auf 502 kWhel / t FM
62
pro tFM
pro tFM
/tFM
88,00
100,40
12,40
/ kWhel (EEG 2009)
Gewinn pro t FM durch Extrusion
Gewinn pro Jahr
8,23
59.803,60
zuzüglich
· Wärmenutzung
· bessere Hektarerträge / Subtratkosten
· Logisitik-, Betriebskosteneinsparung
LEHMANN
Maschinenbau GmbH
23.01.2009
Pr 45-8 Bioaccelerator: Abbassamento dei costi di
alimentazione- l importanza della lisi cellulare.ppt
9
Incremento della resa di biogas
tramite lisi idrotermica (Bioestrusione)
A/m³/kg SSo= Produttività riferita al substrato in m³ Biogas / kg sostanza secca organica
Resa3 del gas
A/m/kg SSo
Schema 2:
Materiale estruso
0,8
Incremento della resa di gas tramite il
miglioramento della disponibilità biologica
E=14%
0,6
- Superficie
-Meccanica delle superfici di
contatto
Substrato non trattato
0,4
nell impianto esistente.
V opt.
0,2
5
10
15
20
25
30
35
Ritenzione V/d
LEHMANN
Maschinenbau GmbH
23.01.2009
Pr 45-8 Bioaccelerator: Abbassamento dei costi di
alimentazione- l importanza della lisi cellulare.ppt
10
Incremento della resa del biogas
tramite lisi idrotermica (Bioestrusione)
Produzione di corrente
Media settimanale [kWh d-1]
Dopo 37 sett.
con bioestrusione
bioestrusione
senza bioestrusione
settimana
Schema 1: Produzione
meda settimanale (kwh/d)
Sia nell esercizio batch sia nell impianto esistente si è ottenuto un incremento della resa del
biogas grazie alla lisi idrotermica. (nello schema ca. il 30 % di resa in più).
LEHMANN
Maschinenbau GmbH
23.01.2009
Pr 45-8 Bioaccelerator: Abbassamento dei costi di
alimentazione- l importanza della lisi cellulare.ppt
11
Incremento della resa del biogas
tramite lisi idrotermica (Bioestrusione)
Volume giornaliero nella cofermentazione di liquame con insilato di mais
Originale: pre-sminuzzato con una
falcatrinciatrice
Estrusore: sfibrato secondo il principio termomeccanico
Schema 3
Incremento della resa del gas nell esercizio batch (estratto dal rapporto VTI 064 2/02)
LEHMANN
Maschinenbau GmbH
23.01.2009
Pr 45-8 Bioaccelerator: Abbassamento dei costi di
alimentazione- l importanza della lisi cellulare.ppt
12
Abbassamento della ritenzione
Incremento del carico specifico organico tramite bioestrusione
Carico organico
Ritenz.
senza
bioestrusione
con
bioestrusion
e
ritenzione
carico organico
Strati galleggianti
senza strati
galleggianti
settimana
Grazie alla lisi si accorcia la ritenzione, mentre il grado di decomposizione dei resti di fermentazione rimane uguale o
viene persino migliorato.
Ciò significa: - Meno volume fermentativo necessario --> impianti più piccoli e compatti oppure
--> maggiore resa con le stesse dimensioni dell impianto
-Meno energia necessaria per l agitazione; perciò l energia utilizzata per il processo di
-sminuzzamento e lisi non grava sul bilancio energetico in confronto a un impianto tradizionale.
LEHMANN
Maschinenbau GmbH
23.01.2009
Pr 45-8 Bioaccelerator: Abbassamento dei costi di
alimentazione- l importanza della lisi cellulare.ppt
13
Fermentazione dell insilato di mais
Ricavo
addizionale
Resa metano
Incremento resa metano
Ins. mais
estruso
Ins. mais
non estr.
giorni
Resa
biogas
Resa
metano
Conten.
metano
Aumento di
resa
resa
biogas
metano
Insilato di
mais
originale
Insilato di
mais
estruso
LEHMANN
Maschinenbau GmbH
23.01.2009
Pr 45-8 Bioaccelerator: Abbassamento dei costi di
alimentazione- l importanza della lisi cellulare.ppt
14
Fermentazione dell insilato d erba
Ricavo
addizionale
Resa metano
Incremento resa metano
Ins. erba
estruso
Ins. erba
non estr.
giorni
Resa
biogas
Resa
metano
Conten.
metano
Aumento di
resa
resa
metano
biogas
Insilato di
erba
originale
Insilato di
erba
estruso
LEHMANN
Maschinenbau GmbH
23.01.2009
Pr 45-8 Bioaccelerator: Abbassamento dei costi di
alimentazione- l importanza della lisi cellulare.ppt
15
Abbassamento della ritenzione
Incremento del carico specifico organico tramite bioestrusione
- La meccanica delle superfici di contatto tramite
bioestrusione garantisce un alto tasso di decomposizione
della biomassa
Produttività del gas specifica per l impianto in m³ Biogas / m³ Volume fermentativo / giorno
3 Bh3
G/M/m xd
F
- Alto carico specifico organico senza variazioni
significative della concentrazione di acido propionico
Nuova procedura
3
- Il materiale scende sul livello intermedio e si evita la
formazione di strati galleggianti
0
2
La bioestruzione permette l utilizzo di nuove
sostanze biogene come la cellulosa o materiali
contenente emicellulose (paglia, sfalci d erba, letame
ecc.) e la formazione di nuovi batteri metanogeni
favorita dalla presenza di cibo disponibile dopo la
lisi.
1
Stato della
tecnica
1
2
3
4
5
6
7
FB/kg Sso/wd
8
3
F
LEHMANN
Maschinenbau GmbH
23.01.2009
Pr 45-8 Bioaccelerator: Abbassamento dei costi di
alimentazione- l importanza della lisi cellulare.ppt
16
Tecnica di bioestrusione
Portata e consumo energetico per biomasse
scelte
LEHMANN
Maschinenbau GmbH
23.01.2009
Pr 45-8 Bioaccelerator: Abbassamento dei costi di
alimentazione- l importanza della lisi cellulare.ppt
17
Consumo energetico medio
Tendenza dei valori di potenza* del substrato in riferimento alla SS
24
22
20
Leistung [kWh/t FM]
18
16
14
12
10
2
8
1
6
4
2
0
15
20
30
40
50
60
70
80
TS - Gehalt
*) i valori di potenza comprendono: Dosatore, coclea / nastro / rivelatore, bioestrusore, coclea / nastro
1
impianto di biogas 500 KW, insilato di mais 30% SS, tecnica di immissione e lisi ca. 4,7 kWh/t FM (Agrofarm 2000)*
2
impianto di biogas 192 KW, insilato di mais, GPS, cereali 50% SS, tecnica di immissione e lisi ca. 7,4 kWh/tFM (Hertel, Möschwitz)
Foto di entrambi gli impianti nel periodico Biogasanlagenbau
Un ulteriore dipendenza deriva dal contenuto di fibra grezza del substrato, dal contenuto di ceneri ecc.
* Valori tratti dal documento 19/2008 Biomasseaufbereitung zur Vergärung (Landesanstalt für Landwirtschaft)
LEHMANN
Maschinenbau GmbH
23.01.2009
Pr 45-8 Bioaccelerator: Abbassamento dei costi di
alimentazione- l importanza della lisi cellulare.ppt
18
Pressa-filtro-coclea FSP 500-30
FSP 500-30 è stata sviluppata
per la separazione delle fasi (solido/liquido)
di sospensioni pompabili,
come p.es. il digestato derivante da impianti
di biogas.
LEHMANN
Maschinenbau GmbH
23.01.2009
Pr 45-8 Bioaccelerator: Abbassamento dei costi di
alimentazione- l importanza della lisi cellulare.ppt
19
Trattamento dei residui di fermentazione
per ottenere combustibile (solido e gassoso) e fertilizzante
Compattazione
Pellettaggio
Bricchettatura
LEHMANN
Maschinenbau GmbH
23.01.2009
Pr 45-8 Bioaccelerator: Abbassamento dei costi di
alimentazione- l importanza della lisi cellulare.ppt
20
Confronto dei substrati testati 1
kumulierte Gasmenge [l]
70
60
V 8 EXTRUDIERTER FM
50
V 9 NICHT EXTRUDIERTER FM
à I valori assoluti devono ancora essere
determinati!
à La composizione del letame (contenuto di
paglia, tempo di stoccaggio, tipo di paglia
ecc.) ha un ruolo fondamentale.
40
30
20
10
0
22.4.08
Vantaggi della bioestrusione
27.4.08
2.5.08
7.5.08
12.5.08
17.5.08
22.5.08
27.5.08
1.6.08
1.
Biogasausbeute [m³/t FM]
Confronto quantità cumulata di gas [l] per letame solido (FM) estruso
e non estruso
2.
EXTRUDIERTER FM
240
220
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
NICHT EXTRUDIERTER FM
1
3.
2
4.
5.
1
2
0
5
10
15
20
25
30
35
1) lt. KTBL
Verweilzeit [d]
2) lt. Handreichung FA Nachw. Rohstoffe
Trasferimento dei valori da confrontare TUD iaa su resa di biogas m³/tFM
secondo KTBL o risultati FHS Wismar ecc. (letame bovino solido 22% SS)
Aumento della resa di biogas fino a 3,45
volte assoluto di 40-60 m³/BG/tl (lt. KTBL
ecc.) su 138-207 m³/BG/tl (FHS Wismar,
TUD iaa)
Decomposizione più veloce in 15 giorni
(importante per il trattamento di grosse
quantità)
Costruzione di impianti più piccoli,
risparmio nei costi d investimento
Nessuno strato galleggiante
Miglioramento del valore fertilizzante
(disponibilità delle piante)
40
Conclusione
Senza bioestrusione il letame paglioso può
essere utilizzato solo parzialmente. 2 impianti
a secco con il 70% di letame muniti di
bioestrusione parlano chiaro. LEHMANN
Maschinenbau GmbH
23.01.2009
Pr 45-8 Bioaccelerator: Abbassamento dei costi di
alimentazione- l importanza della lisi cellulare.ppt
21
Confronto dei substrati testati 2
kumulierte Gasmenge [l]
70
60
50
40
30
90% STROH : 10% MAISSILAGE
20
80% STROH : 20% MAISSILAGE
10
0
22.4.08
27.4.08
2.5.08
7.5.08
12.5.08
17.5.08
22.5.08
27.5.08
1.6.08
Quantità cumulata di gas [l] 90% paglia, 10% insilato di mais e 80% paglia, 20% insilato di mais
kumulierte Gasmenge [l]
70
60
50
40
30
20
90% STROH : 10% GRASSILAGE
10
80% STROH : 20% GRASSILAGE
0
22.4.08
27.4.08
2.5.08
7.5.08
12.5.08
17.5.08
22.5.08
27.5.08
1.6.08
Quantità cumulata di gas [l] 90% paglia, 10% insilato d erba e 80% paglia, 20% insilato d erba
LEHMANN
Maschinenbau GmbH
23.01.2009
Pr 45-8 Bioaccelerator: Abbassamento dei costi di
alimentazione- l importanza della lisi cellulare.ppt
22
Confronto dei substrati testati 3
kumulierte Gasmenge [l]
La fermentabilità dei
80
substrati analizzati è data.
Maggiori quantità di gas sono state
60
misurate con un aggiunta del 10% di
erba o mais.
Il contenuto di metano nel biogas era
40
uguale per quasi tutti i substrati
Grassilage 100 % unzerfasert
analizzati e ammontava al 51 55 %
Grassilage 100 % zerfasert
20
(unica eccezione il letame con il 59%)
Le aggiunte del 10% di insilato d erba
o di mais hanno prodotto le stesse
0
0
5
10
15
20
25
30
quantità di gas.
Ve rsuchsdaue r [d]
Il contenuto medio di metano nel
biogas con l aggiunta di insilato di mais
Quantità cumulata [l] di insilato d erba sfibrato e non sfibrato
ammontava al 54% mentre con l aggiunta di
insilato d erba ammontava al 51%.
La concentrazione di acido solfidrico in entrambi i reattori era bassa e ammontava a 700 ppm.
Con l aggiunta del 20%di vari prodotti la produzione di gas era identica per l utilizzo di letame,
erba e panello di colza. L aggiunta del 20% di mais invece ha prodotto il 30% di gas in più.
Grazie all estrusione di letame si possono raggiungere maggiori rese di gas in confronto
all utilizzo di letame non estruso.
23.01.2009
Pr 45-8 Bioaccelerator: Abbassamento dei costi di
alimentazione- l importanza della lisi cellulare.ppt
23
Esempio di un piccolo impianto
Esempio di un impianto
La nostra meta: Clienti soddisfatti
Sin dall inizio il nostro impianto funziona in
maniera stabile e affidabile. Grazie alla
bioestrusione non abbiamo strati galleggianti
e riusciamo a raggiungere una produzione
maggiore di biogas fino al 19% in confronto
alla lista KTBLk*.
* Kuratorium f. Technik und Bauwesen in der
Landwirtschaft e.V.
H. Hertel, agronomo e gestore dell impianto di
biogas, Möschwitz Gmd. Pöhl / Vogtlandkreis
Fermentazione a umido 195 kW elettrici
Impianto con: - Dosatore con catena fresante 25 m³
- Nastro con metal detector
- Estrusore MSZB 22e
- Coclea di trasporto
- Coclea a sifone
Input: Insilato d erba
Insilato di piante intere
Insilato di mais
Paglia
Sfalci d erba
Letame/ Liquame
LEHMANN
Maschinenbau GmbH
23.01.2009
Pr 45-8 Bioaccelerator: Abbassamento dei costi di
alimentazione- l importanza della lisi cellulare.ppt
24
Esempio di impianto
La nostra meta: Clienti soddisfatti
14 bioestrusori installati, alcuni in
impianti con fermentazione a secco
secondo C.A.R.M.E.N. e.V., installati
dal 2004 al 2007, parlano chiaro.
Bioextruder MSZ B 55e
LEHMANN
Maschinenbau GmbH
23.01.2009
Pr 45-8 Bioaccelerator: Abbassamento dei costi di
alimentazione- l importanza della lisi cellulare.ppt
25
Tecnica di caricamento Biogas
Nastro trasportatore
Nastro per
eliminazione di
impurità con
metal detector
Tramoggia con
raschiatore
Nastro trasportatore
Coclea
Pompa
Estrusore
Apparecchio per
sciogliere balle di
paglia
LEHMANN
Maschinenbau GmbH
23.01.2009
Pr 45-8 Bioaccelerator: Abbassamento dei costi di
alimentazione- l importanza della lisi cellulare.ppt
26
Grazie per la cortese attenzione!
Ci sono domande?
LEHMANN
Tel.: (+49) 037439 / 744- 0
Fax: (+49) 037439 / 744-25
Maschinenbau GmbH
Jocketa-Bahnhofstraße 34
[email protected]
www.lehmann-maschinenbau.de
D- 08543 Pöhl
23.01.2009
Pr 45-8 Bioaccelerator: Abbassamento dei costi di
alimentazione- l importanza della lisi cellulare.ppt
27